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Was passiert, wenn der Permafrost schmilzt?

Durch das Auftauen des Permafrosts werden besorgniserregende Mengen an Kohlenstoff in die weitere Umwelt transportiert. Die Verbindung von Kohlenstoffquellen und -senken in diesem komplexen System ist wichtig, um seine globalen Auswirkungen auf das Klima zu verstehen.

Permafrostboden
Der Permafrost speichert riesige Mengen an Kohlenstoff. Was passiert, wenn er sich weiter erwärmt?

Der Permafrostboden (dauerhaft gefrorener Boden) ist eine der größten Kohlenstoffsenken der Welt und speichert doppelt so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre. Diese beträchtliche Kohlenstoffsenke ist dank der niedrigen Temperatur des Bodens "eingeschlossen". Das Permafrostgebiet erwärmt sich jedoch weltweit und lässt den gefrorenen Boden schmelzen. Es wird erwartet, dass durch diesen Prozess riesige Mengen Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt werden. Es wird befürchtet, dass dies zu einem heftigen Problem werden könnte.

Die Erwärmung des Permafrosts verändert das Bodenmilieu, was die mikrobielle Zersetzung organischer Substanz aktiviert. Die mikrobielle Aktivität wird weitgehend unterdrückt, wenn die Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Mit der Erwärmung des Umgebungsklimas beschleunigen jedoch das Auftauen des gefrorenen Bodens und der Mikroorganismen die Zersetzung der organischen Substanz in Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Distickstoffoxid (N2O).

Direkte Treibhausgasemissionen (THG) sind nur für einen Teil des Kohlenstoffverlusts der Auftaustätten verantwortlich. Ein Großteil des Kohlenstoffs wird tatsächlich durch Wasser freigesetzt, das aus schmelzendem Eis entsteht.

Permafrostboden
Aufgrund der Vegetation, die im Permafrost wachsen kann, kann der Atmosphäre eine größere Menge Kohlenstoff entzogen werden.

Eine beträchtliche Menge des aufgetauten Kohlenstoffs kann in die umliegenden Binnengewässer gelangen, wo er auf seinem Weg zum Ozean komplexere physikalische, chemische und biologische Prozesse durchläuft. Aber nicht alle Prozesse führen zur Freisetzung von Kohlenstoff. Zum Beispiel kann durch Vergraben in Sedimenten, selektive Konservierung und mikrobielle Abscheidung Kohlenstoff im Wasser gebunden und die THG-Emissionen reduziert werden. Aufgetauter Kohlenstoff kann auch in den Ozean gelangen, wo er über lange Zeiträume hinweg fortbestehen kann.

Vegetation kann die Lösung sein, um CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen

Dennoch kann ein Großteil dieses Kohlenstoffs in die Atmosphäre gelangen, was die direkten Emissionen aus aufgetauten Böden erhöht. Ein Großteil der organischen Substanz, die in Binnengewässer (vollständig eingeschlossene Meere, Seen und Flüsse) gelangt, ist biologisch hochgradig abbaubar, und der mikrobielle Abbau führt zu beträchtlichen THG-Emissionen, insbesondere CH4, ein THG, das viel stärker ist als CO2. Direkte Messungen der Methanemissionen aus vier Flusseinzugsgebieten in der Permafrostzone der tibetischen Hochebene - wo die Permafrostverlustraten zu den höchsten der Welt gehören - zeigen, dass die CH4-Emissionsraten aus den Seen der Region sechsmal höher sind als der globale Durchschnitt der Wasserläufe und Flüsse.

Eisverdichtete Böden können plötzlich zusammenbrechen, wenn sich der Permafrost erwärmt, wodurch der Boden absinkt und Seen und Feuchtgebiete überflutet werden. Dieser abrupte Auftauprozess kann im Vergleich zum allmählichen Auftauen bis zu 190% mehr THG-Emissionen freisetzen. Ein Modell, das dieses abrupte Auftauen simuliert, sagt voraus, dass, obwohl diese Art von Tauwetter nur in weniger als 20% des Permafrostgebiets auftritt, es die Freisetzung von Permafrostkohlenstoff um etwa 50% erhöhen kann.

Aber es sind nicht nur schlechte Nachrichten. Das aus dem Permafrost freigesetzte CO2 fördert das Wachstum der Vegetation in der weiteren Permafrostzone, was dazu führen kann, dass mehr CO2 aus der Atmosphäre entfernt wird. Auch die Regeneration der Vegetation nach Erdrutschen kann die Klimaauswirkungen teilweise kompensieren, auch wenn der geschätzte Effekt begrenzt sein mag. Eine erhöhte Kohlenstoffspeicherung durch die Vegetation stellt einen wichtigen Mechanismus zur Verringerung der Rückkopplung des Permafrostklimas dar, aber ihr Ausmaß ist noch weitgehend unbekannt.